Metabolismo 1

1METABOLISMO E SISTEMI ENERGETICI

2Obiettivi della lezione

1) Capire come lorganismo converta il cibo cheingeriamo in ATP per fornire ai muscoli lenergiache essi necessitano per contrarsi.

2) Esaminare i tre sistemi che rendono disponibilelenergia per la contrazione muscolare.

3) Imparare alcuni metodi di misurazione della spesaenergetica durante lesercizio fisico.

4) Esplorare come lenergia venga utilizzatadurante lesercizio fisico e la prestazione sportiva.

3PuntiChiave1)

Carboidrati, lipidi, e proteine fornisconolenergia che lorganismo converte in ATP.

Energia per il Metabolismo Cellulare

Carboidrati e proteine forniscono circa 4.1 kcal/g mentre i lipidi forniscono circa 9.4 kcal/g.

Lenergia dei carboidrati pi accessibile aimuscoli di quella delle proteine e dei grassi.

LATP il composto chimico altamenteenergetico che viene immagazzinato nellecellule e rilascia una grande quantit di energia quando viene scisso in ADP.

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41. Sistema ATP-PCrcitoplasma2. Sistema glicoliticocitoplasma3. Sistema ossidativomitocondri

Sistemi Energetici Fondamentali

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6MOLECOLA DI ATP

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7RICOSTRUZIONE DI ATP CON PCr

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8Systema ATP-PCr

Questo sistema pu prevenire per pochi secondilesaurimento di energia attraverso la rapida ricostruzionedi ATP a partire da ADP e Pi.

Questo processo anaerobicoha luogo in assenza di ossigeno.

1 mole di ATP viene prodotta per 1 mole di fosfocreatina (PCr). Lenergia che deriva dalla demolizionedi PCr non utilizzata per il lavoro cellulare ma solo per ricostruire ATP.

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9ATP e PCr DURANTE UNO SPRINT

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Demolizione e sintesi del Glicogeno

GlicolisiDemolizione del glucosio; pu aver luogo per via anaerobica o aerobica.

GlicogenesiProcesso attraverso il quale il glicogeno sintetizzato dal glucosio per essere immagazzinato nelfegato.

GlicogenolisiProcesso tramite il quale il glicogeno vienedemolito in glucosio-1-fosfato per essere utilizzato daimuscoli.

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Sistema Glicolitico

Richiede 12 reazioni enzimatiche di demolizione del glucosio e del glicogeno in ATP.

La glicolisi che ha luogo nel sistema glicolitico in genereanaerobica (senza ossigeno).

Lacido piruvico prodotto dalla glicolisi anaerobica divieneacido lattico.

1 mole di glicogeno produce 3 moli di ATP; 1 mole di glucosio produce 2 moli di ATP. La differenza dovuta al fatto che necessaria 1 mole di ATP per convertire ilglucosio in glucosio-6-fosfato, mentre il glicogeno convertito a glucosio-1-phosphato e poi a glucosio-6-fosfato senza la perdita di 1 ATP.

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Le azioni combinate dei sistemi ATP-PCr e glicoliticoconsentono ai muscoli di generare forza in assenza di ossigeno; quindi, sono questi due sistemi energetici cheche contribuiscono maggiormente alla trasformazione di energia durante i primi minuti di un esercizio ad altaintensit.

Sapevate che?

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Sistema Ossidativo

Necessita di ossigeno per la demolizione degli alimenti al fine di trasformare energia.

Produce ATP nei mitocondri delle cellule.Rende disponibile una maggiore quantit di energia

(ATP) rispetto ai sistemi anaerobici.E il sistema energetico principalmente utilizzato durante le

attivit di endurance.

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1. Glicolisi aerobicacitoplasma2. Ciclo di Krebsmitocondri3. Sistema di trasporto degli elettronimitocondri

Produzione Ossidativa di ATP

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GLICOLISI AEROBICA E IL SISTEMA DI TRASPORTO DEGLI ELETTRONI

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CICLO DI KREBS

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FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA

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1. Lacido piruvico dalla glicolisi convertito ad acetilcoenzima A (acetil CoA).

2. LAcetil CoA entra nel ciclo di Krebs e forma 2 ATP, anidride carbonica, e idrogeno.

3. Lidrogeno nella cellula si combina con due coenzimi chelo trasferiscono al sistema di trasporto degli elettroni.

Ossidazione dei Carboidrati

4. Il sistema di trasporto degli elettroni ricombina gli atomi di idrogeno per produrre ATP e acqua.5. Una molecola di glicogeno pu generare fino a 39

molecole di ATP.

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Energia liberata dallossidazione del glicogenoepatico

Glicolisi (da glucosio ad acido piruvico) 3 4-6bDa acido piruvico ad acetil coenzima A 0 6Ciclo di Krebs 2 22Subtotale 5 32-34

Per fosforilazioneFase del processo Diretto ossidativaa

aSi riferisce alladenosintrifosfato (ATP) prodotto dal trasferimento di H+ edelettroni alla catena di trasporto degli elettroni. bLa quantit di energia accumulatacambia a seconda della molecola trasportatrice che veicola lelettrone attraversola membrana mitocondriale e lungo la catena di trasporto degli elettroni, NADH oppure FADH; con il NADH si ottengono fino a 39 molecole di ATP, mentre con ilFADH se ne ottengono 37.

Totale 37-39

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METABOLISMO DEI GRASSI

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Ossidazione dei Grassi

Lipolisidemolizione dei trigliceridi in glicerolo e acidigrassi liberi (FFAs).

I FFAs vengono trasportati attraverso il sangue alle fibremuscolari e vengono demoliti da enzimi nei mitocondri in acido acetico, che convertito ad acetil CoA.

LAcetil CoA entra nel ciclo di Krebs e nel sistema di trasporto degli elettroni.

Lossidazione dei grassi richiede una maggiore quantit di ossigeno e genera una maggiore quantit di energiarispetto allossidazione dei carboidrati.

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Liberazione di Energia dallOssidazionedellAcido Palmitico (C16H32O2)

Attivazione dellacido grasso 0 2-ossidazione 0 35Ciclo di Krebs 8 88Subtotale 8 121

Dalla fosforilazioneTappa Diretto ossidativa

Totale 129

Adenosintrifosfato (ATP) prodotto da 1 molecola

di acido palmitico

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Metabolismo delle Proteine

Lorganismo utilizza poco lossidazione delle proteine siaa riposo che durante esercizio (meno del 5-10%).

Alcuni aminoacidi che formano le proteine possono essereconvertiti in glucosio (attraverso la gluconeogenesi).

Lazoto presente negli amminoacidi (che non pu essereossidato) rende difficile la determinazione del prodottonetto di energia proveniente dalle proteine.

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INTERAZIONE DEI SISTEMI ENERGETICI NEL CORSO DI UN ESERCIZIO AD INTENSITA MASSIMALE DI DURATA CRESCENTE

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Che cosa determina la CapacitaOssidativa? Livello di enzimi ossidativi nel muscolo Composizione del tipo di fibra e numero di mitocondri Disponibilit di ossigeno nel muscolo

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ATTIVITA OSSIDATIVA ENZIMATICA E CAPACITAOSSIDATIVA

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PuntiChiave2)

Bioenergetica: Produzione di ATP I sistemi ATP-PCr e glicolitico producono

piccole quantit di ATP anaerobicamente e contribuiscono in misura maggiore allatrasformazione di energia durante i primiminuti di un esercizio fisico di alta intensit.

Il sistema ossidativo utilizza lossigeno e rende disponibile una maggior quantit di energia rispetto ai sistemi anaerobici.

(continua)

Lossidazione dei carboidrati avvieneattraverso la glicolisi, il ciclo di Krebs e ilsistema di trasporto degli elettroni. Alla fine siottengono aerobicamente fino a 39 molecole di ATP per molecola di glicogeno.

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Lossidazione dei grassi avviene attraversola ossidazione degli acidi grassi liberi, ilciclo di Krebs e il sistema di trasporto deglielettroni. La produzione di ATP piuelevata rispetto ai carboidrati, ma limitatadalla disponibilita di O2.

Le proteine in genere contribuiscono pocoalla produzione di energia (meno del 5%), e la loro ossidazione complessa perchgli aminoacidi contengono azoto, che non pu essere ossidato.

La capacit ossidativa delle fibre muscolaridepende dai livelli dei loro enzimiossidativi, dalla composizione del tipo di fibra, e dalla disponibilit di O2.

Bioenergetica: Produzione di ATPPuntiChiave2) (continua dalla precedente)

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Misura del Costo EnergeticodellEsercizio

Calorimetria Direttamisura il trasferimento di caloredellorganismo per calcolare la spesa energetica.Calorimetria Indirettacalcola la spesa energetica a partire dalla misura del VO2.

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CAMERA CALORIMETRICA

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MISURAZIONE DELLO SCAMBIO DI GAS RESPIRATORI

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Misurazione del Costo EnergeticodellEsercizio

VO2volume di O2 consumato per minuto (L/min)..

VCO2volume of CO2 prodotto per minuto (L/min)..

VO2 = (VI FIO2) - (VE FEO2). . .

VCO2 = (VE FECO2) - (VI FICO2). . .

Laddove VE = volume di aria espirata; VI = volume di aria inspirata; FIO2 = frazione di ossigeno nellaria inspirata; FICO2 = frazione di anidride carbonica nellaria inspirata; FEO2 = frazione di ossigeno nellaria espirata; FECO2 = frazione di anidiride carbonica nellaria espirata.

. .

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ESEMPIO DI CALCOLO DEL CONSUMO DI OSSIGENO

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ESEMPIO DI CALCOLO DEL CONSUMO DI OSSIGENO

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Trasformazione di Haldane

VI = (VE FEN2)/FIN2 e FEN2 = 1 - (FEO2 + FECO2). .

VO2 = (VI FIO2) - (VE FEO2). . .

Quindi si possono sostituire i valori noti per FIO2 di 0.2093 e FIN2 di 0.7903:

Si puo utilizzare VE per calcolare VI dal momento che ilvolume di azoto espirato costante:

. .

VO2 = [(VE FEN2)/(FIN2 FIO2)] (VE) FEO2). . .

VO2 = (VE {[(1 (FEO2 + FECO2)) 0.265] FEO2}. .

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Quoziente Respiratorio(Respiratory Exchange Ratio RER)

Il valore di RER a riposo e di solito 0.78-0.80

Il rapporto fra CO2 liberata (VCO2) e ossigeno consumato(VO2).

.

RER = VCO2/VO2. .

Il valore di RER pu essere utilizzato per risalire al substrato energetico utilizzatoa riposo e durante esercizio, con un valore di 1.00 che indica lutilizzo di carboidrati e 0.70 quello di grassi.

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Equivalente Calorico del QuozienteRespiratorio (RER) e % di kcal derivanti daCarboidrati e Grassi

0.71 4.69 0.0 100.00.75 4.74 15.6 84.40.80 4.80 33.4 66.60.85 4.86 50.7 49.30.90 4.92 67.5 32.50.95 4.99 84.0 16.01.00 5.05 100.0 0.0

RER kcal/L di O2 Carboidrati GrassiEnergia % kcal

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Caloric Equivalents

Food energy equivalentsCHO: 4.1 kcal/gFat: 9.4 kcal/gProtein: 4.1 kcal/g

Energy per liter of oxygen consumedCHO: 5.0 kcal/LFat: 4.7 kcal/LProtein: 4.5 kcal/L

Example: VO2 rest = 0.300 L/min 60 min/hr 24 hr/day = 432 L/day 4.8 kcal/L = 2,074 kcal/day

.

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Altre tecniche di misura della spesaenergetica

Carbon-13Infuso e rintracciato per deteminare il suomovimento e distribuzione.

Acqua a doppia marcatura2H218O vieneingerita e la velocit alla quale il deuterio (2H) e lossigeno 18 (18O) si diffondono sia nellacqua del corpo che nelle scorte di bicarbonato (dove vieneimmagazzinata gran parte dellanidride carbonicaderivata dal metabolismo), e poi abbandonanolorganismo, vengono monitorati eutilizzati per calcolare quanta energia viene spesa.

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La calorimetria diretta misura il calore prodottodallorganismo, mentre la calorimetria indirettastima la spesa calorica per mezzo della misuradel consumo di O2.

Il valore del quoziente respiratorio (RER) puessere utilizzato per determinare quali alimentisono stati ossidati ed utilizzato per il calcolodellenergia spesa per litro di O2 consumato.

Lindice del metabolismo su tempi lunghi puessere determinato usando gli isotopi. Questivengono iniettati nellorganismo o ingeriti. La velocit alla quale essi vengono eliminatipermette di calcolare la produzione di CO2 e, quindi, la spesa calorica.

Misurazione dellUtilizzazione di Energia Durante Esercizio

PuntiChiave3)

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Domande Descrivere brevemente le tre principali fonti energetiche

della contrazione muscolare. Qual il ruolo del PCr nel rilascio di energia? Descrivere la relazione tra lATP muscolare e la PCr

durante le corse di velocit. Descrivere brevemente la differenza fra metabolismo

anaerobico alattacido e lattacido. Descrivere brevemente il metabolismo aerobico. Come si misura il costo energetico dellesercizio? Cos il quoziente respiratorio (RER)? Spiegare come si usa

per valutare lossidazione dei carboidrati e dei grassi. Cos lequivalente calorico del litro dossigeno?

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Lettura Consigliata

Wilmore and Costill. Fisiologia dellEsercizioFisico e dello Sport.

Capitolo 4 (fino a pagina 156)

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Lettura Consigliata(per la prossima lezione)


Capitolo 4 (da pagina 156) Capitolo 6 (prima parte)

46

Lettura Consigliata(per la parte della prossima lezione,

e quella successiva)


Capitolo 6

Metabolismo 1

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Transcript of Metabolismo 1